软件设计实验一 UML建模实验

一、实验目的

1.学习类图的绘制；
2.学习从系统需求中识别类，并构建相应的面向对象模型；
3.学习使用时序图描述对象之间的交互；
4.学习使用活动图为业务流程建模；
5.学习使用StarUML绘制类图、时序图、活动图。
6.通过实例深入理解和掌握所学的面向对象设计原则。
7.熟练使用面向对象设计原则对系统进行重构。
8.熟练绘制重构后的结构图（类图）。

二、实验内容

1.根据以下描述绘制类图：
某商场会员管理系统包含一个会员类(Member)，会员的基本信息包括会员编号、会员姓名、联系电话、电子邮箱、地址等，会员可分为金卡会员(GoldMember)和银卡会员(SilverMember)两种，不同类型的会员在购物时可以享受不同的折扣；每个会员可以拥有一个或多个订单(Order)，每一个订单又可包含至少一条商品销售信息(ProductItem)，商品销售信息包括订单编号、商品编号、商品数量、商品单价和折扣等；每一条商品销售信息对应一类商品(Product)，商品信息包括商品编号、商品名称、商品单价、商品库存量、商品产地等。
2.某基于C/S的即时聊天系统登录模块功能描述如下：
用户通过登录界面(LoginForm)输入账号和密码，系统将输入的账号和密码与存储在数据库(User)表中的用户信息进行比较，验证用户输入是否正确，如果输入正确则进入主界面(MainForm)，否则提示“输入错误”。
根据以上描述绘制类图。
3. 在某绘图软件中提供了多种大小不同的画笔(Pen)，并且可以给画笔指定不同颜色，某设计人员针对画笔的结构设计了如下类图：

通过仔细分析，设计人员发现该类图存在非常严重的问题，如果需要增加一种新的大小的笔或者增加一种新的颜色，都需要增加很多子类，如增加一种绿色，则对应每一种大小的笔都需要增加一支绿色笔，系统中类的个数急剧增加。
试根据依赖倒转原则和合成复用原则对该设计方案进行重构，使得增加新的大小的笔和增加新的颜色都较为方便。
4.结合面向对象设计原则分析：正方形是否是长方形的子类？
5. 在某图形库API中提供了多种矢量图模板，用户可以基于这些矢量图创建不同的显示图形，图形库设计人员设计的初始类图如下所示：

在该图形库中，每个图形类（如Circle、Triangle等）的init()方法用于初始化所创建的图形， setColor()方法用于给图形设置边框颜色，fill()方法用于给图形设置填充颜色，setSize()方法用于设置图形的大小，display()方法用于显示图形。客户类(Client)在使用该图形库时发现存在如下问题：
(1) 由于在创建窗口时每次只需要使用图形库中的一种图形，因此在更换图形时需要修改客户类源代码；
(2) 在图形库中增加并使用新的图形时需要修改客户类源代码；
(3) 客户类在每次使用图形对象之前需要先创建图形对象，有些图形的创建过程较为复杂，导致客户类代码冗长且难以维护。
现需要根据面向对象设计原则对该系统进行重构，要求如下：
(1) 隔离图形的创建和使用，将图形的创建过程封装在专门的类中，客户类在使用图形时无须直接创建图形对象，甚至不需要关心具体图形类类名；
(2) 客户类能方便更换图形或使用新增图形，无须针对具体图形类编程，符合开闭原则。
请绘制重构后的类图。

三、实验要求

熟练制类图、顺序图和活动图；
选择合适的面向对象设计原则对系统进行重构；
绘制重构之后的类图；
所绘制图形必须正确、完整，需具有较好可读性，注图形中图符和文字大小及布局。
四、实验步骤
分析商场会员管理系统中实体类之间的关系，绘制相应的类图；
分析某基于C/S的即时聊天系统的登录模块的功能，绘制对应的类图；
分析初始设计方案存在的问题，根据依赖倒转原则和合成复用原则对初始设计方案进行重构，绘制重构之后的结构图；
4.根据面向对象设计原则进行分析；
分析初始设计方案存在的问题，根据面向对象设计原则对初始设计方案进行重构，绘制重构之后的结构图。

五、实验结果

1、商场会员管理系统中实体类之间的关系的类图如下

2、某基于C/S的即时聊天系统的登录模块的功能的类图如下

3、重构之后的结构图如下

4、正方形是否是长方形的子类？
关于父类与子类，看了看面向对象的设计原则，其中里氏代换原则则提到关于父类与子类：所用引用基类的地方必须透明地使用其子类的对象。老师也反复强调，其实就是基类的类型可以接受子类的实例。长方形和正方形的区别在于正方形的长和宽是相等的。如果不假思索地认为正方形是长方形的子类，那么老师也没出题的意义了。按里氏代换原则如果一个方法需要调用长方形，那么我给他传一个正方形也可以。如果一个方法为了看长方形的宽增长，直至宽大于长则停止，传一个正方形这个方法就不会正常终止。所以，正方形不是长方形的子类。
5、重构后的类图如下

六、实验小结
1.了解到UML是一种分析设计语言，有图形符号表达式的建模语言。其结构包括视图、图、模型元素和通用机制四部分。
2.类图是面向对象系统建模最常见的图，描述了类图、接口集、协作以及它们之间的关系，类图描述了系统的静态设计视，该视主要体现系统的功能需求，即系统应该提供给用户的服务；
3.了解如何使用工具绘制类图、用例图，基本掌握StarUML中绘制类的关联、依赖、泛化关系。在画类图时需要弄清楚类与类之间的各种关系，只有弄清楚类之间关系后才能画好类图；
4.通过本次实验，加深了我对类图语义的理解和功能的应用，掌握了类之间的联系，关联、依赖、聚合等；
5.通过实例深入理解和掌握所学的面向对象设计原则,熟练使用面向对象设计原则对系统进行重构,熟练绘制重构后的结构图（类图）。